История иммунной системы - Клеменс Арвай

памяти и быстрой обучаемости иммунной системы позвоночных животных обеспечиваются только наличием Т-клеток. В них после контакта с новыми возбудителями накапливается информация о примененных иммунных реакциях, которая в случае повторных контактов с тем же возбудителем может быть быстро извлечена из памяти и использована снова. При этом Т-клетки ведут командную игру вместе с В-клетками, в которых созревают антитела против возбудителей. B-клетки обеспечивают производство антител.

Рыбы, обладающие новыми типами клеток, способны вырабатывать антитела. Таким образом, начиная с их палеозойского предка, они могут считаться основоположниками адаптивной иммунной системы. В следующей главе, посвященной иммунной системе человека и других млекопитающих, мы подробнее рассмотрим функции Т- и В-клеток.

Глава 5

Иммунная система млекопитающих: врожденный и приобретенный иммунитет

Все формы жизни, о которых мы говорили до сих пор, сыграли свою роль основоположников и первопроходцев в естественной истории иммунной системы. Их достижения привели в процессе развития к возникновению сложной защитной системы у млекопитающих. Вся оставшаяся часть этой книги посвящена функционированию иммунной системы млекопитающих, причем основное внимание уделено нашему собственному виду. Мы начнем с более детального рассмотрения наших защитных органов и клеточной иммунной системы, которая является для нас врожденной и во многом совпадает с теми механизмами, которые имеются у стрекающих, насекомых, оболочников, растений и так далее. Сразу после этого мы перейдем к деталям нашей адаптивной иммунной системы в разделах, посвященных Т- и В-клет­кам, антителам и перекрестному иммунитету. Границы между клеточной и приобретенной иммунными систе­мами весьма подвижны, но Т- и В-клетки, которые участвуют в образовании антител, уже можно условно отнести к приобретенным защитным средствам.

Белые кровяные тельца — иммунные клетки нашей врожденной защитной системы

Наши иммунные органы: основа обороны

Подобно многим другим видам млекопитающих, мы обладаем специальными формами тканей, которые можно назвать органами иммунной системы. Как и все органы животных, они образовались в ходе процесса разделения функций и специализации клеток. Этот процесс развития прослеживается в эволюции вплоть до самых ранних попыток сосуществования клеток в рамках колоний амеб или сферических образований вольвокса. По мере роста специализации и дифференциации типов клеток отдельные клетки утрачивали способность выживать самостоятельно.

Клетки врожденной иммунной системы образуются в первичных иммунных органах. У нас это костный мозг и вилочковая железа (тимус). Через кровеносные и лимфатические сосуды, пронизывающие все тело млекопитающих, иммунные клетки попадают из первичных во вторичные иммунные органы и все ткани тела, где в них возникает необходимость. Вторичными иммунными органами являются селезенка, лимфатические узлы и диффузные лимфатические ткани.

В костном мозге (у взрослых главным образом в кос­тях таза и грудине, а у детей еще и в костях рук и ног) из стволовых клеток образуются все наши клетки крови, в том числе белые кровяные тельца, представляющие врожденную клеточную иммунную систему. Их называют лейкоцитами. Особой формой лейкоцитов являются лимфоциты — В-клетки, Т-клетки и естественные киллеры.

В античной Греции тимус считался вместилищем человеческой души. Греческое слово thymos означает «жизненная сила». Биологические функции этого органа были раскрыты только в 1950-е годы. До этого его назначение и польза для человека и других млекопитающих оставались неизвестными. К пониманию его функций привел эксперимент над животными в Австралии. Исследователи удалили вилочковую железу у новорожденных мышей. Ход дальнейших событий показал, что у них серьезно повреждена иммунная система и что они намного чаще подвергаются заболеваниям, чем их собратья с тимусом. К настоящему времени мы знаем, что вилочковая железа представляет собой некое подобие школы для иммунных клеток, особенно для Т-клеток, и диспетчерского центра иммунной системы. Некоторые биологи называют ее «мозгом» иммунной системы.

Тимус входит в систему лимфатических органов. В его тканях предшественники Т-клеток развиваются и дифференцируются, разделяясь на различные подвиды, которые будут затем специализироваться на распознавании различных антигенов возбудителей болезней. В ходе процесса созревания Т-клеткам «демонстрируются» различные антигены, осуществляется их обучение и программирование. Антигенами именуются молекулярные структуры, например белки, которые характерны для тех или иных видов возбудителей. Сумма всех антигенов, которым Т-клетки обучаются в вилочковой железе, называется в иммунобиологии антигенным репертуаром.

Созревание Т-клеток в тимусе, от которого, кстати, и происходит название этих иммунных клеток, представляет собой весьма расточительную процедуру. Только десяти процентам зрелых Т-клеток у людей и других млекопитающих суждено закончить эту «школу». Причина заключается в строгости отбора. Только те клетки, которые эффективно реагируют на антигены и не обращают внимания на собственные ткани тела, получают допуск в систему кровообращения. За счет этого предотвращаются аутоиммунные реакции. 90 процентов Т-клеток не могут преодолеть систему контроля качества.

Лимфатические узлы человека рассредоточены по всему телу. Каждый отдельный узел в нормальном состоянии имеет величину и форму фасолины. Одна из задач лимфатических узлов заключается в удалении возбудителей болезней из прилегающих тканей организма. Для этого готовится иммунный ответ на основе обнаруженных в этой области антигенов. Они демонстрируются В-клеткам, которые созревают в лимфатическом узле и «тренируются» наподобие Т-клеток в тимусе. После контакта с антигеном (например, вируса гриппа) B-клетки превращаются в клетки плазмы крови. Из них образуются антитела против антигена, в нашем случае против возбудителя гриппа.

Наряду с лимфатическими узлами как локальными центрами иммунной системы наше тело пронизывает рыхлая (диффузная) лимфатическая ткань, которая становится плотнее в местах, где ожидается проникновение возбудителей болезни в тело. Это, например, так называемые Пейеровы бляшки, которые можно встретить по всей протяженности тонкого кишечника и особенно в подвздошной кишке — третьем отделе тонкого кишечника непосредственно перед переходом в толстую кишку. К лимфатическим тканям принадлежат также червеобразный отросток слепой кишки, именуемый аппендиксом, и миндалины в области глотки, которые обычно называют гландами.

В число органов защиты входит также селезенка. Она занимается перехватом из кровотока антигенов возбудителей. В светлой ткани селезенки, носящей название белой пульпы, сосредоточены белые кровяные тельца. Тут собираются все три вида лимфоцитов: Т-клетки, В-клетки и естественные киллеры. Также здесь находятся макрофаги и дендритные клетки, которые тоже являются белыми кровяными тельцами, то есть лейкоцитами, хотя и не относятся к специализированным лимфоцитам. Функции различных иммунных клеток мы рассмотрим несколько подробнее.

Толл-подобные рецепторы: «глаза» иммунной клетки

Рассмотрение различных частей нашей иммунной системы мы начнем с рецепторных белков, которые ученые нашли в организме дрозофилы, прежде чем обнаружить их аналог у людей. Наши толл-подобные рецепторы похожи на толл-рецепторы насекомых. Эти рецепторные белки, входящие в состав наших врожденных защитных механизмов, специализируются на распознавании РАМР возбудителей — уже известных нам молекулярных паттернов. Толл-подобные рецепторы играют важную роль в процессе различения «своего» и «чужого». Некоторые из этих рецепторов находятся на поверхности наших иммунных клеток, а некоторые внутри них. Это нам уже тоже известно из главы, где мы рассматривали растения. Иммунные процессы обычно протекают на клеточных мембранах — там, где